铸件中的非金属夹杂物介绍

存在于铸件金属基体中的非金属夹杂物，有在熔炼和浇注过程中裹入的外来夹杂物，也有在该过程中金属液与非金属元素反应生成的各种非金属化合物，称为内生夹杂物。

1.夹杂物的形态及分布

球墨铸铁件操纵钩爪，重5kg，湿型铸造，日本牌号FCD450（相当于我国QT450），铸态。铸件表面有夹渣缺陷如图6-36所示。

图6-36 球墨铸铁件操纵钩爪（FCD450）夹渣缺陷

a）铸件外观 b）断口宏观组织 c）断面光学显微镜组织（缺陷底部） d）SEM观察及EDS分析

通过扫描电镜SEM（Scanning type Electron Microscope）、电子探针能量分析EDS（Energy Dispersive Spectroscopy）法，观察分析缺陷部位，发现夹渣为Ca-Si系氧化物，成因是浇包耐火材料的耐热性不足，与铁液反应（侵蚀）而形成缺陷。

除了从转包顶部浇入铸型的一次夹杂物尺寸较大以外，悬浮在金属液内的各种一次夹杂物都很小。各种一次及偏析夹杂物在初形成时，仅有几个微米大小。由于密度小及金属液的热对流和元素的扩散，这些微小的夹杂物在不断运动和长大，互相碰撞而聚合。能否互相聚合或合并，取决于夹杂物的熔点、表面性质和温度等条件。一般来说，夹杂物的熔点低、体积小、和金属液之间的界面张力大，则容易聚合长大，否则，会形成孤立的或链球状的粘连一堆的夹杂物。

几种夹杂物碰在一起会形成更复杂的化合物，如：

3Al₂O₃+2SiO₂→3Al₂O₃·2SiO₂

FeO+SiO₂→FeSiO₃(www.xing528.com)

复杂夹杂物的熔点低，因此可能被重新熔化，在高温下成为液态夹杂物。密度小、尺寸大的夹杂物会上浮，往往呈不规则形状聚集在铸件上表面附近；密度和金属液接近而形体小的夹杂物，多分散在铸件断面内，存在于晶内或晶界。

2.夹杂物的分布规律

1）能作为金属非自发结晶核心的夹杂物多分布在晶内。

2）高熔点的固态微小夹杂物，在金属的凝固区内，能被树枝晶所粘附的分布于晶内，否则分布在晶界。固态夹杂物能否与树枝晶粘附，取决于系统自由能的变化（图6-37）。

图6-37　夹杂物粘附晶体示意图

a）粘附后　b）粘附前

L—液态金属　C—晶体　i—夹杂物

3）低熔点夹杂物，如FeS等，在铸件结晶期呈液态，降低了与残留铁液的界面张力，因此，沿晶界流散。在晶界上形成带尖角的薄膜状的二元或三元硫共晶。这对铸件力学性能是非常有害的，可引起脆性和热裂。